우리 ‘우주’가 달라졌어요 - 『유니버스』

과학 오디세이 : 유니버스 - 우주.물질 그리고 시공간 ㅣ 과학오디세이
안중호 지음 / Mid(엠아이디) / 2021년 1월

우리 ‘우주’가 달라졌어요 - 『유니버스』

이 책은?

이 책 『과학오디세이 유니버스』는 <우주·물질 그리고 시공간 세상 모든 것이 궁금한 과학자의 지적 여정>을 그린 것이다.

저자는 안중호, <한국기계연구원(현 재료연구소) 선임연구원, (국립)안동대학교 신소재공학부 교수, 공과대학장을 역임했다. 현재 안동대학교 명예교수로 기초연구 및 과학기술의 이해를 돕기 위한 관련 활동을 하고 있다. >

이 책의 내용은?

과학책이다. 과학 전반을 다루고 있다,

이 책 『유니버스』는 현대 물리학과 우주과학의 최신 이론과 연구 동향을 집대성한 과학 교양서다.

1 장 우주는 어떤 모습을 하고 있을까?

2 장 물질은 어떻게 구성되어 있는가?

3 장 세상은 왜 있을까?

위와 같은 질문, 스스로 해 본적이 없다.

해서 이 책에서 저자가 제시하고 안내하는 길은, 내 의식을 송두리째 깨우는 각성의 말들이었음을 고백할 수밖에 없다.

스티븐 디덜러스의 우주, 나의 우주

제임스 조이스의 『젊은 예술가의 초상』에서, 주인공 디덜러스는 자기 자신을 이렇게 자리매김한다.

스티븐 디덜러스

기초반

클롱고우스 우드학교

샐린스 마을

킬데어 군

아일랜드

유럽

세계

우주

그가 생각한 ‘우주’가 어떤 모습이었는지 모르겠으나, 그가 우주를 염두에 두고 있었으니 그런 글을 남겼을 것이다.

그러면, 나의 경우는?

우주의 모습을 구체적으로 생각해 본 적이 없다. 그저 밤하늘에 별들이 많구나, 저별은 나의 별, 정도?

그래서 이 책에서 저자가 보여주는 우주는 나에게 말 그대로 ‘별세계’였고, 그래서 한번 정리해 볼 마음을 먹게 했다.

먼저 내가 살고 있는 지구의 위치는?

지구가 속해있는 태양계 (45쪽)에는 다음과 같은 별들이 존재한다.

태양 1개,

행성 8개 - 수성, 금성, 지구, 화성, 목성, 토성, 천왕성, 해왕성, (명왕성)

(명왕성은 2006년에 행성에서 퇴출) (36쪽)

왜행성 5개(미확인 수백 개 추정),

자연위성 575개 (행성의 위성 185, 기타 천체의 위성 390)

소형 태양계 물체 (SSSB) 796,354개

혜성 4,143 개 (2019년 8월 말 기준)

※ 행성의 자격 요건 (39쪽)

첫째, 태양을 공전해야 한다.

둘째, 크기가 충분히 커서 구형이어야 한다.

셋째, 공전궤도 주변에 다른 천체가 없어야 한다.

명왕성의 경우는 셋째 기준에 미흡하다. 공전궤도가 너무 찌그러져서 해왕성 및 다른 작은 천체들과 일부 겹친다.

은하까지 시야를 넓혀보자.

내가 살고 있는 지구를 단순히 태양계의 한 부분으로 볼 게 아니다. 디덜러스가 한 것처럼 그 시야를 확대하면 다른 것들이 보인다.

우주는 팽창하고 있어서, 우주의 크기는 오늘과 내일이 다르다.

은하단(銀河團, galaxy cluster)

은하군보다 큰 규모로 은하들이 무리지은 것 (68쪽)

은하군(은하군, galaxy group) 수십 개의 은하가 무리를 지은 것 (60쪽)

국부은하군 (局部銀河群, Local Group)

- 국부은하군 안에는 54개의 은하가 있다.

우리은하

안드로메다은하 - 지구로부터 254만 광년 떨어져 있음.

중심핵이 두 개 - 과거에 다른 은하와 충돌해 합쳐진 흔적 (61쪽)

삼각형자리은하 (M33) (60,62쪽) - 지구로부터 300만 광년 떨어져 있음.

지구상에서 맨눈으로 볼 수 있는 가장 먼 천체.

북반구의 우리나라에서는 볼 수 없다.

나머지는 왜소은하(dwarf galaxy)

- 대마젤란은하, 소마젤란은하 등

따라서 디덜러스의 자리매김 방식을 따라 해보면 다음과 같이 이어진다.

지구

태양계

우리은하

국부은하군

은하단

그리고 그런 은하, 지구가 가만히 있는 게 아니라, 움직인다

태양계의 모든 행성은 같은 방향으로 공전과 자전을 하고 있다.

태양계 행성 초기의 가스들이 원반을 이루며 회전하던 방향이다.

그런데 오늘날 금성은 혼자서 반대방향으로 자전하고 있다.

금성에서는 태양이 서쪽에서 떠서 동쪽으로 지고 있다.

그 이유는 어떤 원시 행성이 금성의 뒤통수를 강하게 때려 자전축을 뒤집어 놓았기 때문이다.

천왕성도 금성과 비슷한 충돌을 겪었는데 다행히 비스듬히 얻어맞아 자전 방향은 유지되었다. 자전축이 공전궤도면과 평행하게 누워버렸다. (36쪽)

지구는 초속 약 30km 속도로 태양 주위를 공전하고 있다.

태양계는 명확한 궤도 운동은 아니지만 우리은하의 중심을 기준으로 초속 220km 로 공전하고 있다. (69쪽)

우리은하는 안드로메다은하 방향으로 초속 100km 의 속도로 이동하고 있다.

국부은하군의 은하들 역시 처녀자리와 센타우르스 은하단의 중심을 향해 무려 초속 600km의 속도로 달려가고 있다. (70쪽)

그렇게 움직이는 우주에, 내가 있다는 것, 신기하다.

그걸 느끼지 못하는 것도 또한 신기하다.

이제 눈을 하늘에서 돌려 땅을 바라보자,

거기엔 중력을 비롯한 힘들이 있다.

세상의 물질 사이에는 작용하는 힘이 4가지가 있다. (82쪽)

중력, 전자기력, 강한 핵력, 약한 핵력.

중력이 가장 힘이 약하다.

어느 정도인가 하면, 막대자석에 붙은 쇠조각이 떨어지지 않는 것만 보아도 알 수 있다. 거대한 질량을 가진 지구가 끌어당기는 중력이 불과 몇 십 그램짜리 자석의 전자기력만도 못한 것이다.

그 대신 중력은 다른 3가지의 힘과 달리 매우 먼 거리까지 작용한다. 원칙적으로 무한대 거리까지 작용한다.

나머지 힘들은 매우 강하지만 짧은 거리에서만 작용한다.

강한 핵력과 약한 핵력은 원자핵 안의 극히 짧은 거리에서만 유효하다.

전자기력은 원칙적으로 무한 거리까지 작용하지만 끌어당기는 인력(引力)과 서로 밀치는 척력(斥力)이 동시에 있기 때문에 실제로는 복잡하게 상쇄된다. 그래서 자석에서 한 뼘만 떨어져도 쇠붙이는 붙지 않는다.

중력은 인력(引力)만 있어서 수백만 광년 떨어진 은하들 사이에서도 작용한다.

다시. 이 책은?

이런 의문 가져본 적이 있다.

<별들의 수는 엄청나게 많은데 왜 밤하늘은 대낮처럼 밝지 않고 어두울까?>

답을 찾지 못하고 있었는데, 여기에서 답을 찾았다.

팽창하는 우주에서는 천체들이 멀어지므로 중력 때문에 한 곳으로 몰리지 않을 것이고, 멀어지는 은하들의 빛은 우리에게 도달하지 못하므로 밤하늘은 대낮처럼 밝지 않다. (87쪽)

이 책은 세상은 왜 있는가, 세상은 어떤 모습인가, 에 대한 답을 찾고 있다.

해서 이 책을 통해 거시 세계인 우주와 미시 세계인 물질을 살펴볼 수 있다.

우주와 물질, 다시 말하면 원자를 다루고 있으니, 최대와 최소를 동시에 다루고 있는 것이다.

이 책으로 그렇게 과학적 지식을 폭넓게 접할 수 있어 인식의 폭을 넓힐 수 있다는 것, 이 책의 가장 큰 장점이라 하겠다.